含弹性元件机械系统的碰撞与冲击研究

发布时间：2020-05-29 15:26

【摘要】： 冲击是工程中广泛存在的现象。结构的碰撞与冲击问题是较复杂的动力响应问题,特别是复杂结构的碰撞特性与冲击力及应力的测量与分析一直是难点问题。本文主要运用显式有限元数值计算的方法研究了含弹性元件机械系统碰撞与冲击时的动力响应特性。主要研究工作如下: 首先综述了圆柱螺旋弹簧的研究现状、结构冲击与接触碰撞等相关领域的研究现状。理论分析了圆柱螺旋弹簧的受力与变形关系,并针对理论公式不能求解的大螺旋角弹簧刚度问题,探讨了一种用有限元软件进行求解的方法,建立了有限元模型并对其刚度进行了计算。结合材料力学和圆柱螺旋弹簧的相关理论,研究了预应力圆柱螺旋弹簧弯曲弹性特性,导出了该种弹簧在受到弯矩作用时弹簧弯曲角度的计算公式,参考静力试验结果,优化了理论公式中相关参数,并建立了弹簧的等效模型。建立了系统碰撞与冲击分析的有限元模型,研究了只含预应力弹簧的系统的低速碰撞响应以及含两个弹簧的系统在高速冲击时的动力响应特性,得到了系统分别与刚性体和弹塑性体碰撞时系统接触力、位移、速度、加速度响应以及能量转换特性。从碰撞过程持续时间、碰撞发生后系统的位移、速度、加速度以及能量变化等方面对系统与刚性体和弹塑性体碰撞特性进行了研究,研究表明导致系统破坏的主要因素有冲击速度,冲击体材料、质量,系统承受部件的结构尺寸及材料特性等。通过本文的研究发现,采用显式有限元数值求解技术求解接触—碰撞这样的高度非线性问题,不但计算效率高,而且还可以得到相对准确的结果,对整个系统的设计和优化具有积极的指导作用。同时,本文的研究结论对今后相关领域的研究也具有重要的参考价值。
【图文】：

模型图,实体模型,弹簧,模型

位的换算(在本章中使用Kg一mm一ms制)。本文所用的弹簧材料为普通弹簧钢，材料密度为 7.5X10，Kg/mm，，弹性模量为21oGPa，泊桑比为0.25，建好后的弹簧实体模型和有限元模型如图3一2所示。图3一2弹簧实体模型和有限兀模型

变形图,力偶矩,弹簧,变形图

/幸/ 0lee一七一--一‘--- 001020304050607弯曲角度(rad)图3一5弹簧受弯矩时弯矩大小与弯曲角度的关系改变加在弹簧顶端力偶矩(力矩)的大小，可得出在不同力偶矩(力矩)作用下弹簧顶端中心点x和y方向的位移，，即可得出弯曲角度随力偶矩变化
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TH135.1

【引证文献】